GDCSM-Argo数据在全球海洋热含量评估中的应用分析

海洋热含量作为全球气候变化研究最关键、最稳定的指标之一,对其进行系统、准确的评估依赖于长时间序列、全球覆盖的海洋内部观测数据。利用立足Argo剖面观测构建并持续更新的全球海洋0~2000 m水深多参数再分析数据集(gradient dependent correlation scale method Argo,GDCSM-Argo),通过时空序列和滞后回归等手段分析热含量变化,研究了2004—2021年间全球海洋热含量的时空演变特征及其与异常气候的响应关系。结果表明:自2004年起,全球海洋0~2000 m水深热含量均有不同程度的增加,海洋热含量异常增幅超过2×10^(8)J m^(2)。2013年以后,700~2000 m水深的海域表现出持续增暖趋势,至2017年,全球0~2000 m水深变暖加剧。700 m水深的温度异常在海洋热含量整体变化中贡献突出。热带东太平洋海域在厄尔尼诺之前积蓄热量,在厄尔尼诺期间之后失去热量,同时也向南、向北散发热量以中和前期积蓄的热量,变暖范围向赤道南、北两侧扩展。热带东太平洋海洋热含量正异常峰值先于ENSO(El Ni o-Southern Oscillation)指数约0~1个月。由上述结论可知,GDCSM-Argo数据集能够更细致地刻画海洋热含量的时空演变。

南海夏季风爆发与冬春季南海上层海洋热含量关系的初探

利用1980年1月至2007年12月逐月的南海上层海洋热含量和逐层海温资料,分析了南海夏季风爆发早年和晚年前一年冬季和春季南海上层海洋热含量的时空分布特征及其与南海夏季风爆发的关系,并在此基础上,进一步探讨了热含量影响南海夏季风爆发早晚的可能原因。结果表明,南海上层海洋热含量的变化集中体现在中南部（8°-16°N,110°-120°E）,而且热含量变化的信号在南海100~200 m之间最强。季风爆发早、晚年的冬春季,南海中南部热含量呈反位相变化。当南海夏季风早（晚）爆发,热含量为正（负）距平。南海夏季风爆发早晚与前期1-5月份南海中南部上层海洋热含量有显著负相关关系,尤其是3月份相关关系最好。当热含量为正（负）距平时,上层海洋异常得到（失去）热量,增大（减弱）了季风爆发前陆地冷海洋暖的海陆温差,有利于南海夏季风的早（晚）爆发。

上层海洋热力异常对西北太平洋热带气旋气候特征的影响

重点分析了1970—2003年期间西北太平洋的热带气旋活动特征与海洋表面温度、上层海洋的热力异常变化以及对流层低层的大尺度环流特征之间的关系.分析结果发现在西北太平洋海域,热带气旋活动趋势与上层海洋热力异常变化(上层海洋热含量)以及对流层低层的西风异常之间有着显著的相关关系,而与海洋表面温度无显著关系.并在此基础上探讨了这种关系存在的物理机制.

ENSO事件中热带太平洋上层海洋热含量变化分析

利用1955-2001年海洋上400m层的热含量资料,分析了20世纪60年代以来全部ElNi no/LaNi na事件期间上层海洋热含量异常的空间分布规律和传播特性,发现如下3个重要观测事实:(1)在ENSO循环期间存在着关于赤道对称的南北2个热含量异常信号的闭合传播路径;(2)北半球的信号闭合回路非常清晰,而南半球回路较为混乱;(3)这种闭合回路在ElNi no/LaNi na年份表现得非常明显,但在其它年份可能由于海洋或大气的条件不匹配而中途夭折。上述观测事实对于ENSO研究具有重要价值,其物理机制值得进一步探讨。

辽东湾冰期海洋热通量的确定与分析

首先讨论了海洋热通量的计算方法，并利用辽东湾ＪＺ２０－２海域定点观测的气象、水文和海冰数据，对１９９７～１９９８年度的海洋热通量进行了数值计算。结果表明，其值在初冰期最大，可达２００Ｗｍ－２以上，然后随着冰期的延长而逐渐减小，在融冰期接近于０。最后，讨论了气象和水文条件、海冰厚度和类型等因素对海洋热通量的影响。本文首次对辽东湾冰期的海洋热通量进行了确定，并得到了其在整个冰期内的变化规律。

西北太平洋热带气旋与上层海洋热含量的关系

利用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)的海温资料和Unisys Weather的热带气旋资料,研究了1960—2008年期间北太平洋上层150m的热含量分布特征及其与西北太平洋热带气旋发生频次的关系。考虑了纬度的变化对热含量的影响后,北太平洋热含量的高值中心位于10°N左右,与上层海温结构相符,计算结果更加符合物理意义。北太平洋热含量与西北太平洋热带气旋频数年际相关性研究表明在北太平洋中高纬度大洋内区和赤道东太平洋热带不稳定波发生区呈现出前期冬季正相关性。此相关性存在显著年代际的变化,在1970—1975年和1984—2008年期间最强,1976—1983年期间较弱。在北太平洋中高纬度大洋内区,同期春夏秋季同样存在强正相关。在西太平洋暖池区,同期秋季负相关最为显著。赤道中太平洋区域在夏季呈显著的正相关,秋季减弱。赤道东太平洋海域的相关性前期冬季负相关最为显著,春季负相关性减弱,夏季和秋季无显著相关。

巴伦支海近40年来海洋热含量变化特征及影响机制

利用ORAS5海洋-海冰再分析数据集,研究发现1979—2018年间巴伦支海海洋热含量存在显著的季节和年际变化特征,且有持续上升趋势。海-气热通量是控制巴伦支海海洋热含量季节变化的主要因素,而北大西洋流的海洋热输运则影响其年际变化和上升趋势。北大西洋流的温度和流速变化对其海洋热输运的年际变化均有贡献,而其海洋热输运的上升趋势则主要是来自于北大西洋流温度的增加。此外,巴伦支海开阔海域和冰区的海-气热交换呈现相反的趋势,在无海冰覆盖的开阔海域,海洋放热减少,海洋混合减弱;而在有海冰覆盖的海域,海洋放热则显著增加,海洋混合增强。

长江口杭州湾海域冬半年海洋热动能对寒潮过程响应模拟研究

应用大气与海洋再分析资料和FVCOM-SWAVE区域海洋耦合模式,对2004—2009年长江口杭州湾冷季(11—3月)海洋热动能—主要为海流能和温差能进行特征分析,以及对北路及西路入海寒潮过程影响下的海洋热动能变化进行模拟研究。结果显示:该海域海流能主要受沿岸流和黑潮流系影响,此两流系强弱变化与南北季风的强弱变化,以及入海径流丰枯期的变化相关。2月海面温度SST低,且南北向水平温度梯度大,显示北方高纬冷海温的势力强盛。北路偏北寒潮大风在大陆近岸造成向南余流增强和余水位向岸增高。西路寒潮的偏西大风造成离岸向东的余流,在外海受地转力作用转为偏南流动,造成湾内负值余水位。海水表层温度的降低往往滞后于寒潮降温1—2 d。近海SST低于底层,其降温幅度大于底层,此种特征可持续3—5 d。外海站点寒潮影响造成的上下层海温迅速混合所需时间大约1—2 d,温度降幅小于近岸。增加波浪模式的耦合,增强了水位对寒潮的响应强度,显著改善模式产品质量。对3个SST海温槽脊系统的海流能与温差能比较显示,寒潮剧烈天气过程的影响,驱动自北向南的冷水团质量输送,造成海区热动能表现为短期迅速地显著增长。

海洋热含量对太阳总辐射11年周期变化的响应

地球接收到的太阳总辐射(TSI)存在一个约11年的微小周期变化,该变化可能对地球气候系统造成影响。众多研究表明,局部海域海表面温度、海洋热含量的平均时间序列与TSI的11年周期变化有显著的相关性。但海洋对太阳辐射11年周期的响应并非空间均匀的,响应机制也不确定。这里采用合成平均差方法,根据太阳活动的高值年和低值年,对美国国家海洋和大气管理局(NOAA)和日本气象厅(JMA)的全球上700m热含量进行合成分析。两套数据产品得到的海洋热含量对太阳辐射的响应空间模态基本一致。在太平洋分别选取其中一个正响应区域和一个负响应区域,发现这两个区域的上700m热含量确实存在较明显的11年周期变化。

FGOALS耦合模式两个版本的海洋热吸收与气候敏感度的关系研究

海洋在气候变暖过程中的重要性通常用海洋热吸收来衡量,热吸收的大小影响全球变暖的幅度。本文利用FGOALS-g2、FGOALS-s2(以下分别缩写为g2、s2)两个耦合模式的CO_2浓度以每年1%速率增长(1pctCO_2)试验,评估和分析海洋热吸收与气候敏感度的关系。结果表明:进入海洋净热通量(s2模式大于g2模式)会使得s2模式的海洋热吸收总体比g2模式大;更为重要的是,由于s2模式中的海洋热吸收主要集中在上层,使得耦合模式s2中的瞬态气候响应(TCR,或称气候敏感度)比g2大。当CO_2浓度加倍时,在两个耦合模式中,海洋热吸收的空间分布呈现显著性的差异,s2模式中上层热吸收明显比深层大,上层热吸收主要位于太平洋和印度洋,而g2模式中上层和深层热吸收差别较小,深层主要位于大西洋和北冰洋。进一步研究表明,海洋热吸收分布特征与两个耦合模式海洋环流变化有关。在g2模式中北大西洋经圈翻转环流(AMOC)强度强且深度大,在CO_2浓度加倍时,AMOC减弱小,这样AMOC可将热量带到海洋的深层,增加海洋深层热吸收。而在s2模式中,平均AMOC弱且浅,在CO_2浓度加倍时,AMOC减弱明显,热量不易到达深层,主要集中在海洋上层,对气候敏感度影响更快且更强。海洋环流导致热吸收及其空间差异同时影响到气候敏感度的差异。因此,探讨海洋热吸收与气候敏感度之间的关系,利于明确气候敏感度不确定性的来源。

赤道太平洋海域上层海洋热含量及其变化机制的诊断分析

基于1992—2015年国际共享的ECCO v4 (Estimating the Circulation and Climate of the Ocean Version 4)同化产品,利用热含量控制方程定量地诊断赤道太平洋(118°E—75°W, 5°S—5°N, 0～300m)和Ni?o 3.4区(170°W—120°W, 5°S—5°N,0～80m)这两块区域热含量变化机制。对于去掉季节平均后的年际变化,在赤道太平洋地区,时间趋势项主要由经向输送和海表热通量项共同驱动。通过5°N断面的输送决定了时间趋势项的幅值和正负符号。在Ni?o3.4区,时间趋势项主要由海表热通量项和热量输送项共同驱动,其中垂向输送对总输送贡献最大。赤道太平洋地区经向热量输送异常领先于Ni?o3.4区垂向热量输送异常,这解释了在年际尺度上赤道太平洋热含量异常领先Ni?o3.4指数变化的原因。尽管EP(Eastern Pattern)型El Ni?o和CP(Central Pattern)型El Ni?o有许多不同之处,合成分析表明,两类El Ni?o的共同点为:在赤道太平洋地区,两类El Ni?o事件的热量输送异常在发展期和衰退期由经向输送主导;在Ni?o 3.4区, EP型El Ni?o和CP型El Ni?o的热量输送在发展期和衰退期由垂向输送主导。

基于再分析数据的南大西洋上层海洋热含量变化研究

南大西洋在地理上连接着北大西洋、南大洋和印度洋。通过环流输运或海表温度变化,该海域的上层海洋热含量(OHC)的变化可能对与之相连的各个洋盆间的再分布产生影响。本文基于1958—2015年的ORAS4全球海洋再分析数据和中国科学院大气物理研究所的格点海温数据集,利用经验正交函数(EOF)分析、相关分析等方法,分析了南大西洋上层海洋不同积分深度(0~100 m,0~300 m,0~500 m,0~700 m)OHC的时空变化特征。EOF第一模态显示,过去60 a来,南大西洋上层700 m存在一个洋盆尺度的变暖趋势,而且随着热含量积分深度的增加,第一模态所解释的方差占比也明显增加。OHC变化EOF第一模态与以年际变化为主的NAO和ENSO指数相关性很低,而与代表较长时间变率的AMO和PDO指数却有较好相关性,且与AMO的相关性随着积分深度的增加而提高。超前滞后相关分析显示AMO滞后南大西洋OHC变化9~12 a,显示南大西洋OHC变化对北大西洋气候变化的潜在影响。南大西洋OHC变化EOF第一模态与PDO之间相关性随着积分深度的增加而降低,显示PDO对OHC的影响主要在表层。另外发现整个洋盆的热含量变化与温跃层变化呈正相关,热含量的变化反映温跃层的动态波动。

EN4两套分析数据中海洋热含量的差异

对比分析了1970—2017年EN4.2.1G10和EN4.2.1L09两套数据中海洋热含量的差异及其形成机理。结果表明,两套数据导出的1985—2005年间0~1000 m全球海洋热含量存在最大约5×1022 J的差异,主要分布在热带及亚热带海域(30°S^30°N),偏差较大的年份是1985年、1991年与1998年。差异主要源于两套数据对XBT-(OSD/CTD)(或MBT-(OSD/CTD))仪器偏差的校正方式不同:EN4.2.1L09选取偏差的中位数,而EN4.2.1G10选取偏差的平均值。通过对比分析偏差较大的年份间海水温度沿深度的空间分布,我们发现1985年与1991年两套数据的海洋热含量的差异集中于0~500 m,主要是由采样时段、深度和温跃层变化所带来,而1998年之后由于仪器观测深度更深,两者的差异贯穿于整个深度层(0~1000 m)。两套数据中海洋热含量的差异夏季最小,冬季最大。在1985年后出现的两套数据的差异影响了全球海洋热含量的线性趋势分析和年代际及多年代际变率,其中基于EN4.2.1G10的年代际及多年代际分量的幅度在1985年后是EN4.2.1L09的2倍,且存在相位的差异。线性趋势若时间段选取在1985—2015年间则对结果影响较大。本研究为使用EN4数据估算海洋热含量及相关对比验证研究提供了有益参考。

北极和南极表面温度对中低纬度海洋热强迫的响应

利用耦合了平板海洋模型的全球气候模式进行了大量的格林函数实验,以探究两极地区对于施加在中低纬度海域的热强迫的气候响应。结果表明,北极地区的气候不仅受到距离较近的北太平洋与北大西洋的影响,远离北极的热带太平洋以及南太平洋也对其气候有显著的影响,南极地区的气候则主要是受到邻近的南大洋的影响。通过经验正交函数法的进一步分析发现,北极响应最显著的区域包括波弗特海(Beaufort Sea)、拉普捷夫海(Laptev Sea)以及北极中心区附近;南极地区的响应主要集中在别林斯高晋海(Bellinsgauzen Sea)区域。另外,利用温度归因法对辐射反馈过程和大气能量输运分解发现,北极地区表面温度的响应主要是受到了反照率反馈以及垂直递减率反馈的影响,而南极地区的响应则主要是反照率反馈发挥了作用。

利用FY-4A卫星资料研究海洋热含量对台风强度的影响

随着全球气候不断变化,平均海面温度持续升高,我国东南沿海至西北太平洋周边台风频繁发生,海温与台风发生及发展的关系问题成为现阶段气候变化区域响应研究的热点。本文利用FY-4A融合海温数据、NOAA气候态数据WOA18和CMEMS海面高度异常数据,采用海洋热含量(TCHP)算法计算获得2019年西北太平洋海洋热含量空间分布数据,并根据两层约化重力模式和海水状态方程计算出的H_(26)(从海面到26°C等温线深度)与Argo数据进行验证分析,用来检验研究方法的可行性。最后结合我国东南沿海及西北太平洋2019年台风数据,将TCHP和H_(26)与台风强度进行拟合。结果表明:TCHP和H_(26)与台风强度四次多项式的拟合效果较好,拟合RMSE分别为19.1和28.2。根据海-气交换原理,研究结果表明台风所经过海面的海洋热量影响着台风的变化趋势,海洋热含量越高,台风后期发展的强度越大,台风等级也就越高。

超强台风强度与其过境海域上层海洋热力结构关系研究

分析了西北太平洋海域1993—2015年发生的超强台风过程的时空分布特征,发现超强台风高发区主要分布在菲律宾以东(124°~140°E,14°~20°N)海域。近20a来西北太平洋超强台风发生频率呈增加趋势。利用两层约化重力模型计算了西北太平洋海域26℃等温线深度(H26),通过ARGO资料评估验证了该方法的可靠性。基于超强台风最大风速分类,进一步讨论了超强台风最终发展强度和其过境前上层海洋热力结构的关系,发现超强台风过境前海洋H26越深、海面温度(SST)越偏暖,上层海洋有效热含量(UOHCv)值就越大且UOHCv正异常越大,越有利于台风短时间内发展增强到超强台风。分析显示,超强台风最终达到的强度和超强台风单位时间掠过海面的UOHCv量值密切相关。

热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气环境中的腐蚀行为研究

目的 为详细研究热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气下的腐蚀行为及作用机理,同时为热浸镀Zn-Al-Mg镀层在湿热海洋大气环境中服役提供数据参考。方法 采用腐蚀失重、XRD、SEM、电化学等测试方法对热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气环境下的腐蚀行为进行研究。结果 腐蚀产物主要由Zn_(5)(OH)_(8)Cl_(2)·H_(2)O组成,腐蚀一段时间后,发现少量ZnO、Zn_(5)(OH)_(6)CO_(3),腐蚀产物具有与锌腐蚀类似的层状结构,1 848 h呈“三明治”型,相比于上下两层暗色物质,中层亮色腐蚀产物富集更多的Cl元素。热浸镀Zn-Al-Mg镀层腐蚀速率大体随时间延长呈上升趋势,只在672~840 h腐蚀速率下降,对比镀锌在模拟环境和锌在湿热大气环境中的腐蚀,热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气中表现出较好的耐蚀性。结论热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气下腐蚀产物演变与腐蚀过程中Mg的参与有关。腐蚀672~840h阶段腐蚀速率下降的原因与腐蚀产物中ZnO的减少和Zn_(5)(OH)_(8)Cl_(2)·H_(2)O占比增加有关。对比镀锌在模拟环境和锌在湿热大气环境中的腐蚀,预测热浸镀Zn-Al-Mg镀层在严酷湿热海洋大气中仍具有较高的耐蚀性,可以优先考虑作为湿热海洋环境的建设用材。

21世纪海上丝绸之路海洋上层热含量及热比容海平面异常变化

气候变暖背景下,全球平均海洋变暖和海平面上升显著,为人类社会的可持续发展带来巨大挑战。上层海洋热力状况是海平面变化的主导因子之一。本文围绕"21世纪海上丝绸之路"途经海区(文中简称为丝路海区)上层海洋热含量异常的区域性时空特征,分析探讨了丝路海区热比容海平面异常的时空变化、演变特征及可能影响,以期为"21世纪海上丝绸之路"海洋环境安全保障提供服务支撑。结果表明,自20世纪70年代中后期,丝路海区上层(0~700m)海洋已明显变暖,尤其20世纪90年代中后期增暖幅度显著加大。近60年来,在丝路海区热带海洋中,西太平洋的北赤道流区及以北海域、东海黑潮流域以及南海北部和南部海区、阿拉伯海西北部海域、马来西亚西北部海域及南印度洋部分海域具有长期增暖趋势。热带西太平洋暖池区整体增暖不明显,主要与印度洋中部海域呈反位相变化,且明显受到季节和年际变化的调制。长江口附近沿岸、南海北部沿岸、中南半岛南部沿岸以及阿拉伯海西北部沿岸的近岸海域长期增暖明显,自20世纪90年代中后期,中南半岛东部和西部沿海、澳大利亚西部沿海以及我国东南沿海热比容海平面上升明显。近岸热比容海平面的季节演变对沿海地区社会和经济发展会造成一定影响。此外,东亚夏季风与东海、黄海和渤海热比容海平面的上升显著相关,同时,ENSO、太平洋年代际振荡和印度洋偶极子的发生也均与我国东南沿海和印度洋西部沿海热比容海平面上升明显关联。特别是,气候变暖情形下,各种区域性致灾因子和气候变率的协同影响会对丝路海区海岸带和沿海地区的防灾减灾与社会经济发展带来较大挑战,开展海岸带和沿海地区全球变化综合风险研究成为当前首要任务。

论1980年代文学中的海洋热

在1980年代热烈的海洋书写中,海洋不仅是一个自然物象,更承载了特殊的文化意识和价值理念。海洋作为想象世界的装置,以隐喻的方式赋予转型中的中国新的想象,并重构着当代中国与世界、与现代化之间的认识关系。蕴含时代意识的海洋,是主体性审美精神的投射,映现了个体化的自我超越和内在能动的美学意念。1980年代承袭了五四以来"大海"书写的传统,并以时代的思潮赋予其新的宏大象征,然而一种日常化的解构意识的渗蚀,也预示了激进现代性的话语方式面临的困境。

湿热海洋大气环境下的钢铁腐蚀影响因素

宝钢湛江钢铁基地位于广东省湛江市东海岛,属于湿热海洋大气环境,在这种环境下的空气潮湿且含有氯离子,钢铁表面很容易产生锈蚀。探讨湿度、氯离子、二氧化硫等对钢铁在大气腐蚀过程中的作用。经研究发现,二氧化硫对钢铁在大气腐蚀初期影响较大,氯离子是钢铁长期受大气腐蚀影响的主要因素,干湿交替则会加速腐蚀过程。